毕厚杰 李涛 南京邮电学院南京
摘要 本文首先讨论信息化与多媒体视讯业务的关系，然后对视频压缩技术，视频传输中的QoS技术，宽带网络建设中的光纤接入、无线接入等技术作概括性分析与讨论。
关键词 多媒体视讯业务 QOS 宽带接入
1 信息化与多媒体视讯业务
中央指出“要以信息化带动工业化”，“哪一化也离不开信息化”，可见，信息化事关我国经济社会发展的大局。怎样推动我国信息化？充分发掘和利用信息资源是重中之重。相对来说，地球上的物质资源是有限的，而信息资源是无限的，不发掘各种大量的信息资源，信息化将成为无源之水。
目前，在信息资源中对视频信息的发展和利用是很不够的。众所周知，视频信息具有直观性、确定性、高效性等特点。在话音、数据和视频构成的多媒体信息流中视频流将逐步成为主要组成部分。只要看看目前数字电视、会议电视、可视电话、网上教育、网上医疗、网上游戏、视频点播、多媒体消息等多种视频业务，以及以视讯为主的多媒体视讯业务如雨后春笋般的蓬勃发展，就可以知道，未来通信网即下一代网络（NGN）中信息流的主角定将是多媒体视讯流。因此，加快发展多媒体视讯业务是十分必要和非常迫切的，这是我国信息化进程中的一个重要组成部分。
下面就如何发展这种业务中的几个关键技术，提出一些个人看法，供大家参考。
2 高效的视频压缩编码技术
由于视讯业务的日益增多，在同样带宽的信道中传输更多视频信号是一个亟需解决的重要课题。
由于Internet和移动通信的迅猛发展，应研究在IP和无线移动环境下，既能保证视频压缩后视频信号的质量，又具有较强的抗误码能力。为此，ITU－T和ISO成立了联合视频专家组（JVT），并于2003年3月通过了H.264/AVC的视频编码标准。当时的目标有如下两点。
（1）视频压缩比是H.263和MPEG－4的2倍；
（2）对于网络，特别是IP和无线网络具有良好的自适应能力。大量的模拟测试表明，H.264/AVC已实现了预期目标，H.264/AVC已被公认是下一代视频编码标准。
针对视频内容的多变（有时细节多，有时大面积平坦，有时活动频繁，有时变动缓慢），H.264/AVC采取了一系列的自适应措施，相对于传统的H.263、MPEG－4等，视频压缩比有了显著提高。主要有：
（1）场、帧编码的自适应选择：鉴于帧内邻近行间的空间相关性较强，而场内邻近行间的时间相关性较强，于是帧编码用于运动量小的视频编码，而常编码则用于运动量较大的视频编码，即图像自适应帧/场编码（PAFF）；如果一帧内包含一些混合区域，既有的区域是运动大的，有的则是运动小的，于是出现了宏块自适应帧/场（MBAFF）编码。
（2）变尺寸方块的运动补偿（MC）：H.264中对平坦区采用16×16的宏块，而细节区则采用8×8甚至4×4的宏块，于是预测精度比以往标准高，自适应于内容不断变化的视频。
（3）分像素的运动补偿（MC）：H.264把运动矢量的精度提高到1/2甚至1/4像素，并进一步减少了内插处理的复杂度，这就提高了预测精度，也就提高了视频压缩比。
（4）多参考帧的MC：H.264中参考帧数可增至5，最多甚至到15。这样一来，MC的精度显著提高。
（5）帧内编码：采用方向空间预测，即参照了已解码领域的有向空间预测，而不采用变换域的预测，这就提高了预测质量。
（6）整数变换：在H.264中采用了整数变换，使变换和反变换之间实现准确的匹配，提高了视频质量。
（7）自适应熵编码：根据已编码的邻近像素的自适应地进行变长编码或技术编码，进一步压缩了视频信号。
（8）环路去方块滤波：把去方块滤波引入MC预测环路中，既能去除方块效应，又保护了视频图像的细节和边缘，于是改善了图像的主客观质量。
由于采取了一系列的精雕细刻的技术措施，和以往标准相比，虽无重大改动，却惊人地提高了视频压缩比。
H.264仍在不断改进中，相信其算法还有改进余地，目前的LSI技术是可弥补算法改进后复杂性带来的困惑。
3 视频传输中的QoS技术
经过压缩后的视频信号由于相关性的减弱，极易遭受网络中各种因素导致的误码，从而使视频质量即QoS明显下降。
应该说端到端的QoS是通信技术人员为用户服务好坏的根本问题，为此人们付出了大量的努力。
除了一般熟知的综合服务、分级服务两种模型外，人们更关心当前广为应用的互联网和移动网中的视频传输的QoS问题。这是因为：互联网的应用已十分普及，影响到社会经济，人们的生活各个方面；移动网由于移动通信的方便性，导致的迅猛发展已是有目共睹的事实。另一重要原因是这些网络的多变：公共的互联网中的业务流量的实发性、不可预测性，容易造成网络的阻塞造成丢包率的上升；移动网络由于多径效应，移动终端的移动性等容易造成信道衰减的变化。在这些多变环境下，如何提高视频传输的质量就成为一个亟需解决的问题。
对于这些多变网络的解决QoS的最好方案就是提高网络的自适应性，以便适应网络的不可预测的变化。
H.264/AVC的一个主要目标就是提高对IP和无线网络的亲和性，即适应性。为此，它采取了一系列技术措施：
（1）设置参数集，包括序列参数集，图像参数集等，其中包括图像序列号，图像类型等，如果解码时发现某些序列号不连续或位置的错序，可用于检验信息包的丢失与否。
（2）设置网络层接入单元（NAL单元）：每个NAL单元是一个数据包，其中包括一个字节的头信息（如图1所示）。最后的F通常置为0，如NAL单元错误则置为1。在NAL单元中插了冗余编码图像，可自适应地增强了抗误码能力。要用加权的运动补偿技术，可自适应地解决无线信道衰落造成地视频质量下降。
（3）片、片组和FMO：一幅图像由若干片组成，每片包含一系列的宏块（16×16）。每个片独立地解码，不同片的宏块不能采用其它片中的宏块作为参考，因此片的设置不会导致误码的扩散。灵活的宏块顺序（FMO）易于实现掩盖技术，从而可明显提高抗误码功能（如图2所示）。
（4）物理帧中的CRC检验单元可检验信道的误码等等。
此外，采用FEC误码跟踪和短时延的ARQ相结合，可自动发现误码，并迅速予以纠正，这些正在研究开发中。
1 宽带接入网技术
4.1接入网
充分利用现有的电话铜线，如ADSL、vDSL，利用电力线，如PLC等作为接入网线路应给予一定的重视，它们不仅能带来一定的带宽，满足当前宽带业务的需求，而且由于充分利用了现有网络，会带来一定的经济效益。但由于这些现有网络建设时间已久，相当部分质量不高，实际上达不到应有的带宽。下面着重介绍一下光接入网和无线宽带接入网技术。
4.1.1光接入网
由于光纤本身巨大的带宽，作为应用于接入网，其带宽自然是不成问题的。从根本上讲，为了解决接入网带宽问题，只有利用光纤，而ADSL、VDSL、Cable Modem等等都是一些过渡性技术。
光纤接入技术主要有三种：基于SDH的MSTP（多业务传送平台），多业务的PON（无源光网络）和多业务点对点网络光端机。这里只讨论一下PON技术。
无源光网络（PON）是一种点对多点的光纤接入技术。它又分为APON、EPON和GPON三种。
APON以ATM技术为基础，其承载的是53byte固定长度的ATM信元，因而能更快更有效地同步。由于信元中需5byte的信元头，浪费了带宽，成本高。ATM技术是一种成熟的技术，能保证QoS，因此能接入多种业务，特别是高质量的实时业务。可提供155Mbit/s上下行带宽，或上行155Mbit/s、下行622Mbit/s的带宽。
EPON/GPON都是以Inthernet技术为基础，其承载的是可变长度的IP包，适于传输IP数据业务，目前还无法传送高质量的实时业务。可提供下行1.2Gbit/s~2.4Gbit/s、上行155Mbit/s~ 2.4Gbit/s带宽，远远超过APON能提供的带宽。由于传输速率高，测距同步等技术不易解决。
GPON与EPON都是吉比特级的PON，但由于GPON开发较晚，更注重多业务和QoS保证，倍受运营商的欢迎，商品化尚需一段时期。
PON最终目标是把ONU（光网络单元）放在家庭，形成真正的FTTH（光纤到户），降低ONU价格是当前要积极努力的。最近信息产业部通信科技委提出发展FTTH的建议，其带宽初定为100 Mbit/s。这对发展我国视讯业务，发展数字电视和高清电视（HDTV）无疑是十分有利的。
4.1.2无线宽带接入网
目前无线宽带接入网可分成3.5GHz固定无线接入、5.8GHz固定无线接入、LMDS、WLAN四种，它们的对比见下表1。
无线局域网（WLAN），可作为有线局域网的无线延伸，在2.4 GHz频段，可采用IEEE 802.11b标准和IEEE802.11g标准，其最高码率可分别达到11 Mbit/s和54 Mbit/s。对于中国运营商而言，发展这种无线接入技术是很有利的。
随着我国农业经济的发展，应该充分考虑农村通信中的宽带接入网。由于我国农村地域广阔，如要大力发展宽带通信业务，发展数字电视，积极发展WLAN应是一种合理选择。
摘自 中国电信网
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